4x4x4 DotStar LED Cube บน Glass PCBs: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

แรงบันดาลใจสำหรับโครงการนี้มาจากลูกบาศก์ LED ขนาดเล็กอื่นๆ เช่น HariFun's และของ nqtronix โครงการทั้งสองนี้ใช้ LED SMD เพื่อสร้างลูกบาศก์ที่มีขนาดเล็กมาก อย่างไรก็ตาม ไฟ LED แต่ละตัวเชื่อมต่อกันด้วยสายไฟ ความคิดของฉันคือการติดตั้ง LED บน PCB แทนตามที่ตั้งใจไว้สำหรับชิ้นส่วนยึดพื้นผิว นอกจากนี้ยังช่วยแก้ปัญหาในการจัดเรียงไฟ LED ให้เป็นระเบียบในเมทริกซ์ที่มีระยะทางเท่ากัน ซึ่งมักจะยุ่งยากเมื่อเชื่อมต่อด้วยสายไฟ ปัญหาที่ชัดเจนของ PCB คือ ทึบแสง ดังนั้นแต่ละชั้นจึงถูกซ่อนไว้ด้านหลังกัน เมื่อท่องเว็บโดยคำนึงถึงสิ่งนี้ ฉันสะดุดกับคำแนะนำของ CNLohr เกี่ยวกับวิธีทำ PCB ที่เป็นแก้วใส นี่คือวิธีที่ฉันคิดที่จะสร้างลูกบาศก์ขนาดเล็กจาก LED SMD ที่ติดตั้งบน PCB ที่เป็นแก้ว แม้ว่าจะไม่ใช่ลูกบาศก์ LED ที่เล็กที่สุดในโลก (ชื่อนี้อาจยังคงเป็นของ nqtronix) ฉันคิดว่า PCB แบบแก้วเพิ่มสัมผัสใหม่ที่ดีให้กับคิวบ์ LED ที่มีอยู่แล้วมากมาย

ขั้นตอนที่ 1: รายการวัสดุ

ลูกบาศก์ LED ประกอบด้วยวัสดุเพียงไม่กี่อย่างตามรายการด้านล่าง

• สไลด์ไมโครสโคป (25.4 x 76.2 x 1 มม.) เช่น amazon.de
• เทปทองแดง(0.035 x 30 มม.) เช่น. ebay.de
• DotStar Micro LED (APA102-2020) เช่น adafruit หรือ aliexpress
• บอร์ด PCB ต้นแบบ (50 x 70 มม.) เช่น amazon.de
• Arduino nano เช่น amazon.de
• ตัวเว้นระยะ PCB เช่น amazon.de หรือ aliexpress

สไลด์ไมโครสโคปจะทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับ PCBs ฉันตัดสินใจตัดพวกมันเป็นชิ้นสี่เหลี่ยมขนาด 25.4 x 25.4 มม. ฟอยล์ทองแดงควรบางเพียงพอสำหรับการแกะสลัก ในขณะที่ปกติ 1 มม. (0.025 มม.) เป็นมาตรฐานสำหรับ PCBs ความหนา 0.035 มม. ทำงานได้ดี แน่นอนว่าความกว้างของเทปทองแดงควรมีขนาดใหญ่กว่า 25.4 มม. เพื่อปิดพื้นผิวแก้ว ฉันตัดสินใจใช้ DotStar LED ในแพ็คเกจปี 2020 ที่มีขนาดเล็กกว่า LED เหล่านี้มีตัวควบคุมในตัวซึ่งช่วยให้คุณระบุ LED ทั้งหมดด้วยสายข้อมูลเส้นเดียว นั่นคือ ไม่จำเป็นต้องมี shift register หรือ charlieplexing เห็นได้ชัดว่ามีเลย์เอาต์แพดสองแบบสำหรับไฟ LED DotStar (ดูด้านบน) เลย์เอาต์ PCB ที่ฉันออกแบบมีไว้สำหรับแบบที่แสดงทางด้านซ้าย คุณจะต้องมีไฟ LED 64 ดวงสำหรับลูกบาศก์ฉันสั่ง 100 ชิ้นเพื่อให้มีอะไหล่ซึ่งสามารถใช้สำหรับโครงการในอนาคตได้เช่นกัน ทุกอย่างจะถูกติดตั้งบนบอร์ด PCB ต้นแบบซึ่งควรมีขนาดใหญ่พอที่ Arduino nano จะพอดีกับมัน ฉันตัดชิ้นเล็กจากกระดานสองหน้า 50 x 70 มม. (ด้านเดียวก็ใช้ได้) PCB spacers จะทำหน้าที่เป็นฐานสำหรับฐาน คุณจะต้องใช้สายไฟเส้นเล็กสำหรับเชื่อมต่อบน PCB ต้นแบบ และอาจต้องใช้ "สายเคเบิลดูปองท์" สำหรับการทดสอบ

ในการทำลูกบาศก์ คุณจะต้องใช้สารเคมีดังต่อไปนี้

• สารละลายเฟอริกคลอไรด์
• อะซิโตน
• กาวอีพ็อกซี่เช่น นอร์แลนด์ NO81 หรือ NO61
• วางบัดกรี
• ฟลักซ์
• กาวเอนกประสงค์ เช่น กาว UHU Hart

ในการกัดทองแดงออกจากพื้นผิวแก้ว ฉันได้สารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ 40% จากร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในท้องถิ่น ฉันใช้เฟอริกคลอไรด์เนื่องจากมีราคาถูกและหาได้ง่าย อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียอยู่บ้างและคุณควรพิจารณาสารเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ เช่น โซเดียมเปอร์ซัลเฟต สามารถดูภาพรวมของตัวกัดแบบต่างๆ และข้อดีและข้อเสียได้ที่นี่ ฉันสร้าง PCB โดยใช้วิธีการถ่ายโอนผงหมึก และใช้อะซิโตนเพื่อขจัดผงหมึกหลังจากการแกะสลัก ในการทากาวฟอยล์ทองแดงลงบนพื้นผิวแก้ว คุณควรได้กาวอีพ็อกซี่โปร่งใสซึ่งทนต่ออุณหภูมิ (เนื่องจากการบัดกรี) และทนต่ออะซิโตนได้เป็นอย่างดี ฉันพบว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งชนิดหลังหายาก อย่างไรก็ตาม อีพ็อกซี่ส่วนใหญ่มีความทนทานต่ออะซิโตนเล็กน้อย ซึ่งเพียงพอสำหรับจุดประสงค์ของเราเนื่องจากเราต้องเช็ดพื้นผิวด้วยเท่านั้น ฉันตัดสินใจใช้อีพ็อกซี่อีพ็อกซี่บ่ม UV Norland NO81 เพราะฉันทำงานที่บริษัทที่ขายของต่างๆ ในตอนท้าย ฉันรู้สึกไม่ค่อยพอใจนักเนื่องจากอีพ็อกซี่ไม่ติดพื้นผิวแก้วมากนัก แม้ว่าจะออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการยึดโลหะกับแก้วก็ตาม ในบทช่วยสอนของเขา CNLohr ใช้อีพ็อกซี่นี้ซึ่งคุณอาจต้องการพิจารณาอีกทางหนึ่ง สำหรับการบัดกรี LED บน PCB คุณจะต้องใช้การบัดกรี ผมขอแนะนำอันที่มีจุดหลอมเหลวต่ำเพื่อลดความเครียดสำหรับ LED และอีพ็อกซี่ คุณควรได้รับฟลักซ์ในการซ่อมสะพานประสาน ในที่สุด เราจะต้องติดกาวบางส่วนเพื่อติดแผ่น PCB ของแก้วเข้ากับฐาน ฉันใช้กาวเอนกประสงค์ UHU Hart แต่อาจมีตัวเลือกที่ดีกว่านี้

นอกจากนี้ คุณจะต้องมีเครื่องมือต่อไปนี้สำหรับโครงสร้างนี้

• เลเซอร์ปริ้นเตอร์
• เครื่องเคลือบบัตร
• เครื่องตัดกระจก
• สถานีบัดกรีอากาศร้อน
• หัวแร้งปลายเล็ก

จำเป็นต้องใช้เครื่องพิมพ์เลเซอร์สำหรับวิธีการถ่ายโอนผงหมึก เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทจะไม่ทำงานที่นี่ ฉันใช้เครื่องเคลือบบัตรเพื่อถ่ายโอนผงหมึกไปยังทองแดง แม้ว่าจะใช้เตารีดได้เช่นกัน แต่ฉันพบว่าเครื่องเคลือบบัตรให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า สถานีบัดกรีแบบใช้ลมร้อนนั้นใช้สำหรับบัดกรีไฟ LED SMD ซึ่งสามารถทำได้ (และอาจสะดวกกว่า) กับจานร้อนหรือเตาอบแบบไหลย้อน แต่คุณยังอาจต้องใช้สถานีบัดกรีด้วยลมร้อนเพื่อการทำงานซ้ำ นอกจากนี้ แนะนำให้ใช้หัวแร้งที่มีปลายขนาดเล็กสำหรับยึดสะพานบัดกรีและสำหรับการเชื่อมต่อบน PCB ฐาน คุณจะต้องใช้เครื่องตัดกระจกเพื่อตัดสไลด์กล้องจุลทรรศน์เป็นชิ้นสี่เหลี่ยม

ขั้นตอนที่ 2: การพิมพ์เค้าโครง PCB

DotStar LEDs จะถูกติดตั้งบน PCB ที่เหมือนกัน 4 แผ่น โดยแต่ละตัวจะมีอาร์เรย์ LED 4x4 ฉันทำเลย์เอาต์สำหรับ PCB ด้วย Eagle และส่งออกเป็นไฟล์ pdf จากนั้นฉันก็จำลองเค้าโครง จัดเรียงหลายรายการในหน้าเดียว และยังเพิ่มเครื่องหมายเพื่อตัดออกในภายหลัง สามารถดาวน์โหลดไฟล์ pdf ด้านล่างนี้ ฉันได้แนบไฟล์ Eagle มาด้วยในกรณีที่คุณต้องการเปลี่ยนแปลงเลย์เอาต์ของบอร์ด นอกจากนี้ ฉันได้สร้างเลย์เอาต์สำหรับลายฉลุประสานซึ่งสามารถแกะสลักจากฟอยล์ทองแดงเดียวกันได้ ลายฉลุเป็นตัวเลือก แต่ช่วยให้กระจายการวางประสานบน PCB ได้ง่ายขึ้น ดังที่ได้กล่าวไปแล้วโครงร่างควรพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์เลเซอร์ คุณไม่สามารถใช้กระดาษธรรมดาได้ แต่ควรใช้กระดาษเคลือบเงาบางชนิดแทน มีกระดาษถ่ายโอนโทนเนอร์ชนิดพิเศษ (เช่น ที่นี่) แต่หลายคนใช้กระดาษจากนิตยสาร (เช่น แคตตาล็อกของ IKEA) ข้อดีของกระดาษถ่ายโอนโทนเนอร์คือนำกระดาษออกจากทองแดงได้ง่ายขึ้นหลังจากถ่ายโอน ฉันลองใช้กระดาษถ่ายโอนหมึกและหน้านิตยสารบางหน้าแล้วพบว่าหน้านิตยสารทำงานได้ดียิ่งขึ้น ปัญหาของกระดาษถ่ายโอนโทนเนอร์ของฉันคือบางครั้งผงหมึกอาจถูออกก่อน เมื่อตัดเลย์เอาต์ออก ผมขอแนะนำให้ใช้ยี่ห้ออื่น ในบทช่วยสอนที่กล่าวถึงแล้วโดย CNLohr เขาใช้แบรนด์นี้ซึ่งอาจทำงานได้ดีกว่า หลังจากพิมพ์เลย์เอาต์สำหรับ PCB และบัดกรีลายฉลุแล้วให้ตัดออกด้วยมีดที่แน่นอน โดยหลักการแล้วคุณต้องการเพียงโครงร่าง PCB สี่แบบและสเตนซิลหนึ่งอัน แต่มีประโยชน์อย่างยิ่งที่จะมีอย่างน้อยสองเท่าเนื่องจากไม่น่าจะเป็นไปได้ที่การถ่ายโอนทั้งหมดจะทำงาน

ขั้นตอนที่ 3: ทำทองแดงหุ้มบนกระจก

ขั้นแรกคุณต้องตัดสไลด์กล้องจุลทรรศน์เป็นชิ้นสี่เหลี่ยมโดยใช้เครื่องตัดกระจก คุณสามารถหาบทช่วยสอนสำหรับเกือบทุกอย่างบน youtube ได้อย่างสะดวก โดยการค้นหา "การตัดสไลด์ด้วยกล้องจุลทรรศน์" ฉันพบบทช่วยสอนนี้ซึ่งจะแสดงให้คุณเห็นว่ามันเสร็จสิ้นอย่างไร มันค่อนข้างยุ่งยากที่จะทำให้มันใช้งานได้ดี และฉันเสียสไลด์ไมโครสโคปไปมาก แต่ถ้าคุณสั่ง 100 ชิ้นเหมือนที่ฉันทำ คุณควรมีมากเกินพอ อีกครั้ง ฉันแนะนำให้ทำวัสดุพิมพ์อย่างน้อยสองเท่าตามต้องการ (ประมาณ 8-10) เนื่องจากคุณอาจทำผิดพลาดระหว่างทาง หลังจากนั้นตัดเทปทองแดงเป็นชิ้น ๆ ซึ่งใหญ่กว่าพื้นผิวแก้วสี่เหลี่ยมเล็กน้อย ทำความสะอาดทั้งวัสดุพิมพ์และฟอยล์ทองแดงด้วยแอลกอฮอล์หรืออะซิโตน แล้วทากาวเข้าด้วยกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีฟองอากาศติดอยู่ภายในกาว ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ฉันใช้ Norland NO81 ซึ่งเป็นกาวบ่ม UV ที่รวดเร็ว ซึ่งแนะนำสำหรับการยึดติดโลหะกับแก้ว ฉันยังทำตามคำแนะนำของ CNLohr และรีดฟอยล์ทองแดงด้านหนึ่งเพื่อให้ติดกระจกได้ดีขึ้น เมื่อมองย้อนกลับไป ฉันอาจจะทำมันโดยไม่ทำให้หยาบเพราะสิ่งนี้ทำให้การส่งผ่านแสงผ่าน PCBs กระจัดกระจายเล็กน้อย และฉันต้องการให้แสงเหล่านั้นดูชัดเจนยิ่งขึ้น นอกจากนี้ ฉันยังไม่ค่อยพอใจกับกาวที่ยึดติดกับกระจกได้ดีเพียงใด และพบว่าบางครั้งขอบลอกออก ฉันไม่แน่ใจว่าเป็นเพราะการบ่มที่ไม่เหมาะสมหรือเนื่องจากตัวกาวเอง ในอนาคตฉันจะลองแบรนด์อื่น ๆ อย่างแน่นอน สำหรับการบ่ม ฉันใช้หลอด UV เพื่อตรวจสอบธนบัตรซึ่งมีค่าสูงสุดของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยบังเอิญที่ความยาวคลื่นที่ถูกต้อง (365 นาโนเมตร) หลังจากการบ่มฉันก็ตัดทองแดงที่ทับซ้อนกันออกด้วยมีดที่แน่นอน สำหรับลายฉลุบัดกรีฉันยังตัดฟอยล์ทองแดงบางชิ้นโดยไม่ต้องติดกาวลงบนพื้นผิว

ขั้นตอนที่ 4: การถ่ายโอนเค้าโครง PCB

ตอนนี้หมึกพิมพ์จากเลเซอร์จะต้องถูกถ่ายโอนไปยังทองแดงซึ่งทำด้วยความร้อนและแรงดัน ตอนแรกฉันลองใช้เตารีด แต่ต่อมาก็ใช้เครื่องเคลือบบัตร ภาพด้านบนแสดงการเปรียบเทียบเทคนิคทั้งสองกับเลย์เอาต์ PCB เวอร์ชันก่อนหน้า ดังจะเห็นได้ว่าเครื่องเคลือบบัตรให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่ามาก คนส่วนใหญ่ใช้เครื่องเคลือบบัตรดัดแปลงซึ่งสามารถให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงขึ้นได้ ในบทช่วยสอนของเขา CNLohr ใช้เครื่องเคลือบบัตรก่อน จากนั้นจึงอุ่นด้วยเตารีด ฉันเพิ่งใช้เครื่องเคลือบบัตรมาตรฐานและไม่มีเตารีดซึ่งทำงานได้ดี สำหรับการถ่ายโอน ฉันวางเลเซอร์พริ้นท์คว่ำหน้าลงบนทองแดงแล้วติดด้วยเทปกาวเล็กๆ จากนั้นฉันก็พับเป็นกระดาษแผ่นเล็กๆ แล้ววิ่งผ่านเครื่องเคลือบบัตรประมาณ 8-10 ครั้ง โดยพลิกคว่ำหลังการวิ่งแต่ละครั้ง หลังจากนั้น ฉันใส่วัสดุพิมพ์ที่มีเลเซอร์พริ้นท์ลงในชามน้ำและปล่อยให้มันแช่ไว้สองสามนาที จากนั้นฉันก็ลอกกระดาษออกอย่างระมัดระวัง หากคุณใช้กระดาษถ่ายโอนโทนเนอร์ กระดาษมักจะหลุดออกมาอย่างง่ายดายโดยไม่ทิ้งคราบใดๆ สำหรับกระดาษนิตยสาร ฉันต้องค่อยๆ ถูกระดาษที่เหลือออกด้วยนิ้วโป้ง หากการถ่ายโอนไม่ได้ผล คุณสามารถเอาผงหมึกออกจากทองแดงด้วยอะซิโตนแล้วลองอีกครั้ง เลย์เอาต์ลายฉลุประสานถูกถ่ายโอนไปยังฟอยล์ทองแดงเปล่าในลักษณะเดียวกัน

ขั้นตอนที่ 5: การแกะสลักทองแดง

ถึงเวลาแกะสลักทองแดงแล้ว ในระหว่างกระบวนการนี้ ทองแดงจะถูกลบออกจากวัสดุพิมพ์ ยกเว้นบริเวณที่ผงหมึกป้องกันไว้ เพื่อป้องกันด้านหลังของฟอยล์ทองแดงด้วยรูปแบบลายฉลุประสาน คุณสามารถทาสีด้วยปากกามาร์กเกอร์ถาวร ฉันควรพูดถึงว่าคุณควรใช้มาตรการป้องกันเมื่อทำงานกับสารกัดเซาะเช่นเฟอริกคลอไรด์ แม้ว่าเฟอริกคลอไรด์จะไม่เผาไหม้ผ่านผิวหนังของคุณ แต่อย่างน้อยก็ทำให้เกิดคราบสีน้ำตาลเหลืองที่น่ารังเกียจ ดังนั้นจึงแนะนำให้สวมถุงมือ นอกจากนี้ คุณอาจไม่ต้องแปลกใจกับความจริงที่ว่ากรดเป็นอันตรายต่อดวงตาของคุณ ดังนั้น คุณควรสวมแว่นตาป้องกัน เท่าที่ฉันเข้าใจ ไม่มีก๊าซเกิดขึ้นในระหว่างการแกะสลัก แต่คุณอาจต้องการทำเช่นนี้ในบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทสะดวก เพราะอากาศบริสุทธิ์จะดีสำหรับคุณเสมอ;-) เติมสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ลงในภาชนะขนาดเล็ก (คุณสามารถป้องกันได้ พื้นที่ทำงานของคุณจากการรั่วไหลโดยไม่ได้ตั้งใจโดยวางไว้ในภาชนะขนาดใหญ่) เมื่อใส่ PCB ลงไป ฉันทำตามคำแนะนำของ CNLohr อีกครั้ง และวางวัสดุพิมพ์คว่ำหน้าลงในของเหลวเพื่อให้ลอยอยู่ด้านบน วิธีนี้สะดวกมากเพราะคุณจะทราบได้อย่างชัดเจนว่าเมื่อการแกะสลักเสร็จสิ้น ซึ่งคุณจะไม่เห็นในสารละลายสีน้ำตาลที่จะเข้มขึ้นในระหว่างการแกะสลัก นอกจากนี้ยังช่วยให้การพาความร้อนอยู่ใต้พื้นผิวอีกด้วย สำหรับฉันกระบวนการแกะสลักใช้เวลาประมาณ 20 นาที หลังจากแกะทองแดงที่ไม่ต้องการออกไปแล้ว ให้ล้าง PCB ด้วยน้ำและเช็ดให้แห้ง คุณควรเหลือ PCBs แก้วใสที่ดี สิ่งสุดท้ายที่ต้องทำคือการเอาผงหมึกออกจากร่องรอยทองแดงด้วยอะซิโตน เพียงเช็ดพื้นผิวเบาๆ เนื่องจากอะซิโตนจะโจมตีกาว โปรดอย่าทิ้งเฟอริกคลอไรด์ที่ใช้แล้วลงในท่อระบายน้ำ เนื่องจากเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม (และอาจทำให้ท่อของคุณสึกกร่อนด้วย) รวบรวมทุกอย่างในภาชนะและทิ้งอย่างเหมาะสม

ขั้นตอนที่ 6: บัดกรี LEDs

ส่วนต่อไปอาจใช้เวลานานขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และทักษะการบัดกรี SMD ของคุณ ขั้นแรกคุณต้องนำหัวแร้งบัดกรีไปวางบนแผ่นอิเล็กโทรดบน PCB ที่จะเชื่อมต่อไฟ LED หากคุณได้สลักลายฉลุประสาน คุณสามารถติดมันเข้ากับ PCB ด้วยเทปเหนียว จากนั้นจึงทากาวให้ทั่ว อีกวิธีหนึ่ง คุณสามารถใช้ไม้จิ้มฟันใส่สารบัดกรีจำนวนเล็กน้อยลงบนแต่ละแผ่น หลังจากนั้นสิ่งที่ต้องทำตามปกติคือวาง LED แล้วใส่ทุกอย่างลงในเตาอบแบบรีโฟลว์ (= เตาอบเครื่องปิ้งขนมปังสำหรับมือสมัครเล่นอิเล็กทรอนิกส์หลายคน) หรือบนจานร้อน อย่างไรก็ตาม ฉันพบว่าโดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้จะสร้างสะพานประสานซึ่งยากต่อการถอดออกในภายหลัง เนื่องจากคุณไม่สามารถเข้าถึงแผ่นอิเล็กโทรดที่อยู่ใต้ไฟ LED ได้ ด้วยเหตุผลนี้ ฉันจึงละลายบัดกรีด้วยสถานีลมร้อนก่อน จากนั้นจึงซ่อมสะพานบัดกรีทั้งหมดด้วยหัวแร้งโดยใช้ฟลักซ์และเกลียวถักเปียที่บัดกรีเพื่อขจัดบัดกรีส่วนเกิน จากนั้นฉันก็บัดกรีไฟ LED ทีละดวงด้วยอากาศร้อน แน่นอนวิธีที่เร็วกว่าคือการใช้จานร้อนหรือเตาอบ แต่ข้อดีของวิธีการของฉันคือคุณสามารถทดสอบ PCB ได้หลังจากแต่ละขั้นตอน สำหรับฉันการบัดกรีเกือบจะมีกลิ่นอายของการทำสมาธิ;-) ระมัดระวังในการประสานไฟ LED ในทิศทางที่ถูกต้องตามที่แสดงในแผนผังด้านบน สำหรับการทดสอบ ฉันใช้ตัวอย่าง "strandtest" จากไลบรารี adafruit DotStar และเชื่อมต่อสาย SDI, CKI และ GND ดังที่แสดงด้านบน ปรากฎว่าไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อ VCC เพื่อให้ LED ติดสว่าง แต่ฉันสังเกตว่าสีแดงและสีน้ำเงินของ LED ตัวแรกจะสว่างขึ้นพร้อมกันเสมอ กรณีนี้ไม่ได้เชื่อมต่อ VCC ด้วย อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะเชื่อมต่อสายไฟทั้งสี่สายหากคุณมีมือในปริมาณปกติเท่านั้น;-)

ขั้นตอนที่ 7: เตรียมฐาน PCB

เมื่อคุณทำ PCB ที่เป็นแก้วทั้งหมดพร้อมไฟ LED ติดเสร็จแล้ว ก็ถึงเวลาเตรียม PCB ด้านล่างที่จะติดตั้ง ฉันตัดชิ้นส่วนที่มีขนาด 18x19 ผ่านรูจาก PCB ต้นแบบซึ่งมีพื้นที่เพียงพอสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบทั้งหมดและทำการเชื่อมต่อที่จำเป็นทั้งหมด และยังมีรูสี่รูที่ขอบซึ่งสามารถติดตั้งตัวเว้นวรรค PCB ได้ หนึ่งสามารถทำให้ PCB เล็กลงได้โดยใช้ Arduino micro แทน Arduino nano และเลือกตัวเว้นวรรคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า แผนผังของ PCB แสดงไว้ด้านบน ในตอนแรกคุณควรประสานหมุดสำหรับ Arduino กับ PCB โดยไม่ต้องต่อเข้ากับ Arduino เพราะสายไฟบางเส้นต้องอยู่ใต้ Arduino (แน่นอนว่าฉันทำผิดในครั้งแรก) ตรวจสอบให้แน่ใจด้วยว่าด้านที่ยาวกว่าของพินหันออกสำหรับ PCB (เช่น Arduino จะติดอยู่กับด้านที่ยาวกว่า) จากนั้นใช้ลวดเส้นเล็ก ๆ เพื่อทำการเชื่อมต่อตามที่แสดงในแผนผัง สายไฟทั้งหมดทำงานที่ด้านล่างของ PCB แต่บัดกรีที่ด้านบน โปรดทราบว่าคุณต้องสร้างสะพานประสานสี่ตัวเพื่อสร้างการเชื่อมต่อสำหรับ VCC, GND, SDI และ CKI ด้วยพิน Arduino VCC จะเชื่อมต่อกับพิน Arduino 5 V, GND ถึง GND, SDI ถึง D10 และ CKI ถึง D9 การเดินสายดูยุ่งเหยิงกว่าที่ฉันคิดไว้เล็กน้อย แม้ว่าฉันจะพยายามจัดการทุกอย่างเพื่อให้คุณต้องทำการเชื่อมต่อให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้

ขั้นตอนที่ 8: แนบ Glass PCBs

ในที่สุด คุณสามารถทำขั้นตอนสุดท้ายของการประกอบได้ เช่น การติดวัสดุพิมพ์ที่เป็นแก้วเข้ากับฐาน ฉันเริ่มต้นด้วยเลเยอร์ด้านหน้าซึ่งอยู่ที่ด้านข้างของฐานใกล้กับอาร์ดิโนมากขึ้น ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถทดสอบทุกเลเยอร์หลังจากติดตั้งแล้ว เนื่องจากสัญญาณวิ่งจากด้านหน้าไปด้านหลัง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแผ่นประสานหันไปทางด้านหน้า มันทำให้การบัดกรีของชั้นอื่นๆ ซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย เนื่องจากคุณต้องเข้าถึงระหว่างพวกมันด้วยหัวแร้งของคุณ ในการติด PCB ฉันใช้กาว (UHU Hart) จำนวนเล็กน้อยกับขอบด้านล่างของ PCB ที่เป็นแก้ว (ซึ่งเป็นที่ตั้งของแผ่นอิเล็กโทรด) จากนั้นกดลงบนฐานให้แน่นแล้วรอจนกระทั่งติดแน่นพอสมควร หลังจากนั้น ฉันเพิ่มกาวที่ด้านล่างด้านหลังของ PCB (ตรงข้ามกับแผ่นบัดกรี) พูดตามตรง ฉันไม่พึงพอใจ 100% กับผลลัพธ์ที่ได้ เนื่องจากฉันไม่สามารถติดตั้ง PCB ในแนวตั้งได้อย่างแม่นยำ มันอาจจะดีกว่าถ้าทำจิ๊กบางชนิดเพื่อให้แน่ใจว่าชั้นจะอยู่ในแนวตั้งจนกว่ากาวจะแห้งสนิท หลังจากติดตั้งแต่ละชั้นแล้ว ฉันทำการเชื่อมประสานโดยใช้แผ่นบัดกรีจำนวนพอเหมาะกับแผ่นรองทั้งหกที่ด้านล่าง เพื่อที่พวกเขาจะได้เชื่อมต่อกับจุดบัดกรีที่สอดคล้องกันที่ PCB ด้านล่าง สำหรับการบัดกรี ฉันไม่ได้ใช้ลมร้อน แต่เป็นหัวแร้งธรรมดาของฉัน โปรดทราบว่าสำหรับเลเยอร์สุดท้าย คุณต้องเชื่อมต่อสี่แผ่นเท่านั้น หลังจากติดตั้งแต่ละเลเยอร์แล้ว ฉันทดสอบคิวบ์ด้วยโค้ดตัวอย่าง "strandtest" ปรากฎว่าแม้ว่าฉันจะทดสอบทุกเลเยอร์ล่วงหน้า แต่ก็มีการเชื่อมต่อที่ไม่ดีและฉันต้องขายไฟ LED สองดวง สิ่งนี้น่ารำคาญเป็นพิเศษเนื่องจากหนึ่งในนั้นอยู่ในเลเยอร์ที่สองและฉันต้องเอื้อมมือเข้าไปด้วยปืนความร้อนของฉัน เมื่อคุณได้ทุกอย่างที่ใช้งานได้แล้ว การสร้างจะเสร็จสิ้น ยินดีด้วย!

ขั้นตอนที่ 9: การอัปโหลดรหัส

ฉันเพิ่งสร้างภาพสเก็ตช์ตัวอย่างง่ายๆ ด้วยแอนิเมชั่นสองสามตัวที่แสดงในวิดีโอด้านบน โค้ดนี้ใช้ไลบรารี FastLED และอิงตามตัวอย่าง DemoReel100 ฉันชอบไลบรารี่นี้มาก เพราะมีฟังก์ชันสำหรับการซีดจางของสีและความสว่าง ซึ่งทำให้ง่ายต่อการสร้างแอนิเมชั่นที่ดูดี แนวคิดคือให้คุณสร้างแอนิเมชั่นเพิ่มเติมและอาจแบ่งปันรหัสของคุณในส่วนความคิดเห็น ในภาพตัวอย่าง ฉันตั้งค่าความสว่างโดยรวมเป็นค่าที่ต่ำกว่าด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก ที่ความสว่างเต็มที่ LED จะสว่างจนน่ารำคาญ ประการที่สอง ไฟ LED ทั้ง 64 ดวงที่ความสว่างเต็มที่สามารถดึงกระแสไฟได้มากกว่าพิน 5 V ของ Arduino ที่สามารถจ่ายไฟได้อย่างปลอดภัย (200 mA)

ขั้นตอนที่ 10: Outlook

มีบางสิ่งที่สามารถปรับปรุงได้บน bulid นี้ ซึ่งส่วนใหญ่ฉันได้กล่าวถึงไปแล้ว สิ่งสำคัญที่ฉันต้องการเปลี่ยนคือการสร้าง PCB แบบมืออาชีพสำหรับฐาน วิธีนี้จะช่วยให้ฐานมีขนาดเล็กลงและดูดีขึ้น และยังหลีกเลี่ยงขั้นตอนที่น่ารำคาญในการเดินสายทุกอย่างด้วยมือ ฉันยังเชื่อว่าการออกแบบ PCB แบบแก้วจะช่วยให้สามารถย่อขนาดลูกบาศก์ทั้งหมดได้อีก ในการสอนของเขา (อาจ) ลูกบาศก์ LED ที่เล็กที่สุดในโลก nqtronix เขียนว่าเดิมทีเขาวางแผนที่จะใช้ไฟ LED RGB ที่เล็กที่สุดในโลกที่มีขนาด 0404 แต่เขาไม่สามารถประสานสายไฟกับพวกมันได้ ด้วยการใช้ PCB แบบแก้ว เราจึงสามารถเลือกใช้ LED cube ที่เล็กที่สุดในโลกได้ ในกรณีนี้ ฉันอาจจะหล่อทุกอย่างด้วยอีพอกซีเรซินที่คล้ายกับลูกบาศก์โดย nqtronix